Imunologie T-buněk: Matematika paměti

Imunologická paměť – schopnost těla „zapamatovat si“ a bojovat s patogeny, se kterými se setkalo dříve – tvoří základ očkování, které je jedním z nejdůležitějších objevů v historii medicíny. Navzdory obrovskému úspěchu očkování však stále plně nerozumíme tomu, jak si tělo udržuje dlouhodobou imunologickou paměť, a tato mezera v našich znalostech brání pokusům o vývoj „vakcín nové generace“ a snahám o nasazení imunitních buněk zvaných T-buňky proti rakovině.

Imunitní systém obsahuje mnoho různých typů buněk. Některé z těchto buněk mohou rozpoznat patogeny, aniž by se s nimi kdy setkaly. Jiné imunitní buňky – včetně T-buněk – se však „učí za pochodu“: při prvním setkání s patogenem reagují tyto buňky relativně pomalu, ale později si vytvoří „paměť“, aby mohly reagovat účinněji. Abychom lépe pochopili, jak se udržuje dlouhodobá imunologická paměť, musíme se dozvědět více o dynamice paměťových T buněk. Zejména bude nutné pochopit relativní podíl následujících procesů: nábor nových T lymfocytů (které se označují jako naivní T lymfocyty) do fondu paměťových T lymfocytů; obnova paměťových T lymfocytů dělením buněk; a přežívání jednotlivých paměťových T lymfocytů. Kvantifikace těchto procesů je však náročná.

Předchozí výzkum s využitím údajů o pacientech s rakovinou naznačil, že paměťové T buňky mají relativně krátkou životnost (Michie et al., 1992). Před téměř 20 lety pak techniky značení DNA vedly k průlomu ve studiu dynamiky T-buněk tím, že výzkumníkům umožnily sledovat, jak rychle se T-buňky dělí a umírají (Hellerstein et al., 1999). Tyto metody byly později použity k potvrzení, že paměťové T-buňky žijí u zdravých lidí šest měsíců nebo méně (Westera et al., 2013), zatímco naivní T-buňky mohou žít až devět let (Vrisekoop et al., 2008). Dlouhý život tedy není klíčovou charakteristikou paměťových T buněk. Naopak imunologickou paměť, která může trvat celý život (Crotty a Ahmed, 2004), udržují relativně krátce žijící buňky. Zůstává však nejasné, do jaké míry je pool paměťových T buněk udržován dělením stávajících paměťových T buněk, nebo prostřednictvím náboru naivních T buněk do tohoto poolu. Předpokládá se, že tento druhý proces hraje jen malou roli, protože naivní T buňky jsou velmi variabilní, a šance, že se daná naivní T buňka dostane do poolu paměťových T buněk, je tedy velmi nízká.

Nyní v časopise eLife imunologové z University of Glasgow, Icahn School of Medicine at Mount Sinai a Royal Free Hospital – Graeme Gossel, Thea Hogan, Daniel Cownden, Benedict Seddon a Andrew Yates – uvádějí, jak pomocí dvou nezávislých přístupů studovali, jak se udržuje paměť T-buněk (Gossel et al., 2017). Při technice zvané „časové mapování osudu“ použili Gossel a spol. protinádorový lék busulfan k usmrcení hematopoetických kmenových buněk (tj. kmenových buněk, které se dále stávají krevními buňkami, jako jsou T-buňky) v kostní dřeni myší, zatímco jejich periferní pooly T-buněk zůstaly nedotčeny. Poté transplantovali buňky kostní dřeně dárcovských myší, které dozrály v T-buňky lišící se pouze jedním proteinovým markerem (CD45) exprimovaným na jejich povrchu. U těchto myší tak byli vědci schopni rozlišit nově vzniklé T buňky od původních T buněk a sledovat, které buňky jsou nahrazovány, a měřit jejich dynamiku (obrázek 1A).

Obrázek 1

Přestože myši neměly žádné infekce, které by aktivovaly naivní T-buňky, zdálo se, že dochází k neustálému velkému přílivu naivních T-lymfocytů do fondu paměťových T-lymfocytů. Bazén paměťových T-buněk má různé subpopulace, včetně centrálních paměťových T-buněk a efektorových paměťových T-buněk, které lze rozlišit podle různých proteinových markerů nacházejících se na jejich povrchu. Gossel a spol. zjistili, že naivní T-lymfocyty nahradí každý týden přibližně 10 % centrálních paměťových T-lymfocytů. U efektorových paměťových T buněk to bylo přibližně 6 % týdně u mladých dospělých a 1 % týdně u starších myší. Důležité je, že ukázali, že zanedbáním tohoto velkého toku z rezervoáru naivních T-buněk do rezervoáru paměťových T-buněk mohly předchozí studie výrazně nadhodnotit životnost paměťových T-buněk.

Přes toto rychlé nahrazování paměťových T-buněk novými naivními T-bunkami nebylo asi 50 % rezervoáru paměťových T-buněk, který se vytvořil před osmým týdnem věku myší, nikdy nahrazeno novými naivními T-bunkami. Ačkoli je tedy podstatná část poolu paměťových T-buněk nahrazována vysokou rychlostí po celý život, stejně velká část se udržuje od raného věku. Otázkou stále zůstává, zda tyto „původní“ T-buňky mají jednoduše dlouhou životnost, nebo jsou udržovány prostřednictvím buněčného dělení.

Pro lepší pochopení dynamiky různých subpopulací T-buněk Gossel a spol. označili DNA buněk procházejících buněčným dělením a měřili protein Ki67, který buňky přirozeně exprimují během dělení (obrázek 1B). Marker Ki67 byl poté použit jako „časové razítko“, které označovalo buňky, jež se nedávno rozdělily, zatímco značení DNA bylo použito ke sledování dynamiky buněk s „časovým razítkem“ i bez něj. Gossel a spol. poprvé ukázali, že jak centrální paměť, tak efektorová paměť T-buněk se skládá z podskupin T-buněk s vnitřně odlišnou dynamikou. V obou poolech žije přibližně polovina buněk jen několik dní, zatímco druhá polovina žije v průměru asi šest týdnů.

Tato studie krásně kombinuje podrobné kvantitativní experimenty s matematickými modely, a tím odhaluje důležité poznatky o dlouhodobém udržování paměťových T-buněk. Práce však také vyvolává mnoho otázek. Nedávno se například ukázalo, že zásoba paměťových T buněk laboratorních myší se více podobá zásobě lidských miminek než zásobě dospělých lidí (Beura et al., 2016). Jestliže nové naivní T-buňky nahrazují až 10 % poolu paměťových T-buněk týdně i v čistém laboratorním prostředí, lze se ptát, kolik by jich nahradily u lidí, kteří jsou neustále vystaveni patogenům.

Stále také není jasné, co tyto buňky do poolu paměťových T-buněk žene a zda chronické latentní infekce neustále rekrutují nové naivní T-buňky do poolu paměťových buněk. Nicméně se zdá, že podstatná část poolu paměťových T-buněk je rezistentní a nemůže být nahrazena novými buňkami z poolu naivních T-buněk. Budoucí výzkum by se měl zabývat tím, co činí tyto T-buňky rezistentními a zda nemohou být nahrazeny i během infekcí. V neposlední řadě se lze ptát, jaký přínos má kombinace poolu paměťových T-buněk, který není nikdy nahrazen, s poolem, který je rychle a průběžně nahrazován?

.